java基礎 資料容器之Map HashMap

2021-08-13 21:47:21 字數 2768 閱讀 4072

資料容器

在程式**中,用來暫時儲存資料的「盒子」(容器),用於後續的邏輯處理。

為什麼需要map?

map是資料容器中的一種資料結構,首先它是用來儲存資料的;其次,與其它資料容器不同,它是一種可以通過業務資料來快速、精確檢索另乙個業務資料的資料結構。

map:是一種key-value的資料結構;key和value都是業務資料,value是最終的業務資料,key是專門用來快速定位value在map中的位置。

陣列和list也可以通過下標精確定位到業務資料,但必須「記住」下標與業務資料的關係才能在下次使用時精確定位,否則仍然需要遍歷所有資料。map自動維護了「下標(key)」與value的關係,且這個「下標」是乙個可以人為記憶的值,而不是像0,1,2...這樣乾巴巴不利於記憶的數字。

為什麼需要hashmap

hashmap實現了map介面,且key的定位是通過key的hashcode實現;hashcode是一種簡單快速的實現方式,因此hashmap效能很高。 當需要儲存key-value資料型別,又需要通過key高效能查詢value時,可以使用map。

hashmap的資料結構

結構:陣列 + 鍊錶(或紅黑樹-鍊錶長度大於等於8時自動轉化為紅黑樹)

原理:通過  「下標=key.hashcode%容量 」(這裡為了簡化原理,實際上是通過位運算實現,效果類似)計算出陣列下標。

a:hashmap主儲存結構是乙個容量預設為16的陣列;(初始建立的hashmap陣列長度為0,第一次儲存資料時擴容為16;長度為2n次方-後面會說明原因)

b:hashmap最終儲存的資料結構是一批實現了map.entry的node物件

c:node的資料結構為:

key:業務資料,為node資料指定其在陣列中的下標位置,並用於後續精確檢索當前node,這也是hashmap高效能的原因。

value:業務資料,真正用於業務計算的資料,最終的目標資料。它的儲存與檢索都通過key來實現(當然自己即可做為key也可做為value);

hash:key對應的hash值;hash值與map中陣列容量計算出的下標越雜湊,資料的在陣列中的分布越均勻,也越不容易衝突。

next:由於陣列長度有限,通過不同key的hashcode計算的陣列下標很可能衝突(兩個不同key計算的下標為同乙個陣列位置),此時通過陣列下的鍊錶來實現。next指向下乙個node.

jdk8增加了:鍊錶長度大於或等於8時,鍊錶自動轉化為紅黑樹。紅黑樹多次刪除結節後,長度小於等於6時再次轉化為鍊錶。

原因:鍊錶轉化為紅黑樹的目的是防止鍊錶過長,增大因遍而導致的效能下降。

擴充套件知識:紅黑樹-簡化理解為:乙個平衡二叉樹(所謂平衡即多次操作後,樹不會變成乙個鍊錶)

特點

a:key和value都可以為null

b:執行緒不安全

c:元素是無序的

d:與hashtable相比:除了 key/value可以為空、執行緒不安全,基本是一樣。

擴容

a:新建立的hashmap(預設構造器)時,陣列為空

b:第一次put資料或非預設構造器建立時,陣列進行第一次擴容(初始化):建立乙個預設容量(1<< 4= 16) 的陣列

c:當多次put後,陣列元素個數  > 陣列容量 * 載入因子   時,再次進行擴容:建立乙個新的陣列( old容量 << 1 即擴容1倍),把源資料複製到新陣列中

d:最大容量為integer最大值

f:預設擴容因子:default_load_factor =0.75 :結合時間和空間效率考慮得到的

容量

為什麼容量是2的冪數?

hashmap是通過「位與」運算,而不是通過取模來計算下標(為了效率考慮)。如果是2 的冪數,那麼容量的人進製則全為:1。key的hashcode與容量進行「與」時,計算的結果只與key的hashcode後幾位有關。(且記:此處僅僅為演示,實際並不是直接使用key的源hashcode,而是通過hashcode高低位異或取得,具體檢視原始碼)

如下:(length-1) & key.hashcode

發現:如果length不為2的冪,進行位執行計算下標時,碰撞的機率非常大,鍊錶真的可能性變高。而2的冪,下標只與hashcode後幾位相關,因此只要保證hashcode均勻即可。

操作過程

a:put操作

b:get操作

原理同put,先獲取下標,定位到鍊錶在陣列中的位置,再迴圈鍊錶或紅黑樹查詢,通過equals()方法定位具體物件(key和value同時equals())。

存在問題

執行緒不安全

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